基于蓝牙技术的智能家居通信系统

Vol.32No.4Apr.2016
赤峰学院学报(自然科学版)
Journal of Chifeng University (Natural S cience Edition )第32卷第4期(上)
2016年4月基于蓝牙技术的智能家居通信系统
邱广萍,陈海涛,尤悦岭,谭鸿健
(华南农业大学珠江学院,广东
广州510900)
1前言
随着智能手机的日益普及,围绕智能手机开发的无线自动化技术慢慢走向主流.而蓝牙技术是理想的无线自动化的核心技术.越来越多的智能家居产品进入市场.例如屋主可以随时通过手机端、电脑端控制家庭的灯光、温度、家用电器、门窗和安全系统.人们可以通过蓝牙智能兼容的智能手机或平板电脑监视和控制家中的一切,并且可以通过设置家庭中的安全系统,发生警报时自动发送信号到他们的
智能手机.
智能家居通过无线通讯技术,计算机技术将家居环境
与手持设备连接起来,进行智能化管理,改变人类生活环境,提高生活质量.智能家居系统通过家居控制设备(如手机,平板),利用无线通讯,网络通讯后者其他铜须手段,为智能家居提供家居设备智能化的管理方式,从而提供一种高效,舒适的新生活方式.2智能家居通信系统
无论是智能手机,还是平板电脑,它们与家居上的单片机设备之间都是通过串口进行通信,分别称为上位机和下位机.上位机(例如手机)先与下位机(例如大厅彩灯上的单片机设备)进行通信连接(例如蓝牙配对,WIFI 密码连接等),建立连接后,上位机可以发送指令,指令通过信道(蓝牙信道,WIFI 信道等),传送到下位机,下位机接收指令后,发送到设备MCU 芯片进行分析,然后设备将指向指令特指的动作(例如开关灯).
对于上位机,以基于安卓系统的智能手机为例.安卓系统目前已83.6%的市场占用率稳居移动通讯市场之首.考虑到未来安卓系统的发展趋势稳健,将安卓系统运用于未来智能家居系统十分合适,并且安卓由于其开放性,良好的用户体验,发展前途广泛.而下位机,本项目通过C52系列的单片机来搭建可靠的智能家居系统,其使用的无线通讯技术为蓝牙串口通讯技术[1].2.1智能控制系统整个系统分为两部分,分别为上位机和下位机.上位机基于安卓平台开发,利用手持设备中的蓝牙模块与下位机建立连接,通过发送指定指令对下位机(家居设备)进行控制,从而实现智能化控制.下位机选用C52系列单片机,外接HC-05蓝牙无线模块,利用其全双工串口通讯通道,实现与上位机(手持设备)进行连接.单片机可外接模块,如继电器,红外线模块,温度传感器模块等等,从而实现智能插座,控制红外线设备(例如TV ,空调),检测室内温度等拓展功能.2.2网络
蓝牙(Bluetooth )技术,实际上是一种短距离无线通信技术,蓝牙技术始于爱立信公司的1994方案,它是研究在移动电话和其他配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法.发明者希望为设备间的通讯创造一组统一规则(标准化协议),以解决用户间互不兼容的移动电子设备.1997年前爱立信公司此概念接触了移动设备制造商,讨论其项目合作发展,结果获得支持.1998年项目正式启动.
蓝牙技术中有内核协议层(HCI 、LMP 、L2CAP 、S DP )线缆替换协议层(RFCOMM )电话控制协议层(TCS -BIN )选用协议层(PPP 、TCP 、IP 、UDP 、OBEX 、IrMC 、WAP 、WAE )现今市面上贩售的商品,大多是1.2或2.0版本的制式,是一个使用低耗电量的无线电设备,利用一颗低价芯片,完成短距离(1至100米)的讯号发射与接收[2].
本项目采用HC-05蓝牙无线通讯模块,实现智能家居通信系统的核心技术.HC-05蓝牙无线通讯模块是主从一体的,带有6个接口,分别为VCC,VDD,GND,KEY,TXD,RXD ,其中TXD 为模块发送端,RXD 为模块接收端.波特率范围4800~1382400,并且模块兼容单片机系统.可与各种带蓝牙功能的电脑、蓝牙主机、手机、PDA 、PS P 等智能终端配对.HC-05嵌入式蓝牙串口通讯模块具有两种工作模式:命令响应工作模式和自动连接工作模式,在自动连接工作模式下模块又可分为主(Master )、从(S lave )和回环(Tortuous )三种工作角色.当蓝牙串口通讯模块处于自动连接工作模式
摘
要:基于蓝牙技术的智能家居通信系统由三个主要元素构成,智能控制系统、网络和家居自动化.采用蓝牙技术的无
线网络是智能家居系统的核心;智能控制系统将家庭中特定的设备链接网络,主要在安卓平台的手机端进行开发;家居自动化需要针对传统的设备进行更改,以便适应新的控制系统的要求.实验结果表明,在保证居民安全的情况下,简单易操作的智能家居通信系统将得到广泛的使用.
关键词:蓝牙技术;智能家居;安卓中图分类号:TU858.4文献标识码:A
文章编号:1673-260X (2016)04-0050-02
收稿日期:2015-10-25
基金项目:2014年国家级大学生创新创业项目(201412623002)50--
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时,将自动根据事先设定的方式连接的数据传输;当蓝牙串口通讯模块处于命令响应工作模式时能执行下述所有AT 命令,用户可向模块发送各种AT指令,为模块设定控制参数或发布控制命令[3].通过控制蓝牙串口通讯模块外部引脚输入电平,可以实现蓝牙串口通讯模块工作状态的动态转换.
2.3家居自动化设备
传统的家用设备无法接收信号.因此需要改进,增加传感器以发送接收信号.家用设备就是下位机,并基于C52系列单片机进行改进.
C52单片机通过引脚RXD(P3.0,串行数据接收端)和引脚TXD(P3.1,串行数据发送端)与外界进行通信,单片机内部的全双工串行接口部分,包含有串行发送器和接收器,有两个物理上独立的缓冲器,即发送缓冲器和接收缓冲器S BUF.发送缓冲器只能写入发送的数据,但不能读出;接收缓冲器只能读出接收的数据,但不能写入.控制状态寄存器S CON(可进行位操作)结构如表1所示,用于定义串行通信口的工作方式和反映串行口状态[4].
串口S M0,S M1可以控制工作方式,串口工作方式如表2所示.本系统使用方式一,同时REN置1(允许串口接收数据)可调波特率,波特率的设置可以通过定时器来进行设置,其他方式不常用.
另外,还要对TL0,TH0,TH0,TL0,TR0,TR1等等参数进行设置,并需要编写一个串口通信中断服务函数,要注意的是,函数名()interrupt X.当X为0时,为外部中断0;当X 为1时,为定时器0中断;当X为2时,为外部中断1;当X 为3时,为定时器1中断;当X位4时,才是串口通信中断;因此此处设置为4.以上用switch还写了几个case事件,分别指向不同的动作,在这里就只是简单的控制电机正反转以及停止,而在智能家居领域当中,可以设置为窗帘的开关,灯具的亮灭等.
3智能家居系统的具体实现
智能家居系统的上位机通信原理是通过调用智能手机的蓝牙功能与下位机的蓝牙模块进行配对,从而实现串口通信的.
首先,在基于安卓平台的上位机编写应用软件.使用一款基于易语言的安卓程序编写工具软件——
—易安卓(E4A).编写安卓应用软件后生成的文件,包括bak后缀的备份文件,E4A后缀源文件,APP密匙,以及分别编译好的APK后缀安卓上位机软件,可分为调试版以及发布版.其次是利用软件自带的安卓模拟器,模拟程序运行,点击运行键可以使用模拟器对软件进行模拟运行.然后进行编译,通过编译可以生成软件的调试版和发布版,发布版需要用户自己新建一个密匙文件对程序进行加密[5].最后,“搜索设备”用于搜索附近的蓝牙设备,搜索完后它会在列表框显示出来(注意,使用之前请先进行蓝牙模块的配对).它是向下位机发送字符来实现控制的.
该应用软件支持数据的返回,图中编辑框就可以实现数据(超声波测距)回传的功能,返回的数据会显示在相应栏目.该应用软件是用来控制智能家居设备的上位机程序,经过多次仿真实验,已经可以实现相应功能.
具体实现步骤是,把上位机应用软件在智能手机端安装好,然后下位机上电,对下位机进行蓝牙配对,最后进入应用软件界面,搜索设备,连接成功后,就可以自由的控制下位机.
4实验结果分析
本系统通过对单片机和蓝牙通讯技术的结合,来搭建智能家居通信系统,成本低廉,效率高效.
(1)将智能家居中的家居设备通过无线串口通讯的方式连接起来,再使用基于安卓平台开发的上位机手持设备进行智能化控制,从而更加灵活,方便.
(2)摒弃原来复杂的安卓开发环境,使用第三方的开发平台,使得开发更加容易上手,功能更加全面,方便后期程序的调试和理解.
(3)实现在安卓手持设备上对智能设备的统一管理,简化了用户的操作,优化用户体验,提供良好的家居设备控制.
(4)实现在原来单片机上面,进行外围电路的拓展,从而实现其他智能家居功能的升级,包括,智能插座开关,遥控户外遮阳伞等.
5结语
本文提出的基于蓝牙技术设计的智能家居通信系统,使用简单的方法配置一个智能家庭.采用安卓系统的智能手机进行控制,开发对应的应用软件.而蓝牙技术作为众多家居设备的接入点,已经具备了担当智能家居核心技术的能力.———————————————————
参考文献:
〔1〕毛飞,蒋挺,周正,方勇.基于蓝牙的无线传感器网络[J].系统工程与电子技术,2005(06).
〔2〕涂淞,岳云天,郁滨.基于Blue Core蓝牙芯片的USB和UART接口设计与实现[J].电子技术,2003(07).〔3〕王百川,杨志成,李崇圆.基于蓝牙手机的家电控制器[J].
电子世界,2012(21).
〔4〕周进波,张磊,张敏,袁钦鹏.基于Android系统蓝牙开发的研究与实现[J].光学仪器,2013(01).
〔5〕程洋,王伟,谢广明,罗文广.面向物联网的智能家居原型系统[J].兵工自动化,2013(11).
〔6〕阳建兰.论地方群众文化工作的社会效益与经济效益[J].
大众文艺,2010(10).
〔7〕蔡丽华.浅谈如何正确处理群众文化两个效益的关系[J].
华章,2011(01).
S CON
D7D6D5D4D3D2D1D0 S M0S M1S M2REN TB8RB8TI RI
位地址9FH9EH8DH9CH9BH9AH99H98H
表1S CON寄存器结构
S M0S M1方式功能
000移位寄存器方式(用于I/O口扩展) 0118位UART,波特率可变(T1溢出率/n)
1029位UART,波特率为Fosc/64或Fosc/32
1139位UART,波特率可变(T1溢出率/n)
表2串口工作方式
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